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* Estes autores contribuíram igualmente
Aqui, nós apresentamos um protocolo para a aplicação de parâmetros da imagem latente do tensor da difusão para avaliar a compressão da medula espinal.
A compressão crônica da medula espinal é a causa a mais comum do prejuízo da medula espinal nos pacientes com dano nontraumatic da medula espinal. A imagem latente de ressonância magnética convencional (MRI) joga um papel importante em confirmar o diagnóstico e em avaliar o grau de compressão. Entretanto, o detalhe anatômico fornecido por MRI convencional não é suficiente estimar exatamente dano neuronal e/ou avaliar a possibilidade de recuperação neuronal em pacientes crônicos da compressão da medula espinal. Ao contrário, a imagem latente do tensor da difusão (DTI) pode fornecer resultados quantitativos de acordo com a deteção da difusão da molécula de água nos tecidos. No presente estudo, desenvolvemos um referencial metodológico para ilustrar a aplicação da DTI na doença da compressão medular crônica. A anisotropia fracionária de DTI (FA), os coeficientes de difusão aparente (ADCs) e os valores de eigenvector são úteis para visualizar alterações patológicas microestruturais na medula espinhal. A FA diminuída e os aumentos nos ADCs e nos valores de eigenvector foram observados em pacientes crônicos da compressão da medula espinal comparados aos controles saudáveis. O DTI poderia ajudar os cirurgiões a entender a gravidade da lesão medular e fornecer informações importantes sobre prognóstico e recuperação funcional neural. Em conclusão, este protocolo fornece uma ferramenta sensível, detalhada, e não invasora para avaliar a compressão da medula espinal.
A compressão medular crônica é a causa mais comum de medula espinhal impairment1. Esta circunstância pode ser devido à ossificação longitudinal do ligamento do posterior, ao hematoma, ao herniation cervical do disco, à degeneração vertebral, ou aos tumores intraspinal2,3. A compressão crônica da medula espinal pode conduzir aos vários graus de deficits funcionais; Entretanto, há uns casos clínicos com compressão séria da medula espinal sem nenhuns sintomas e sinais neurológicos, assim como pacientes com compressão suave da medula espinal mas deficits neurológicos sérios4. Nestas circunstâncias, a imagem latente sensível é essencial avaliar a severidade da compressão e identificar a escala de dano.
MRI convencional desempenha um papel significativo na elucidatação da anatomia da medula espinhal. Esta técnica é geralmente utilizada para avaliar o grau de compressão devido à sua sensibilidade aos tecidos moles5. Muitos parâmetros podem ser medidos de MRI, tais como a intensidade de sinal do Sr., a morfologia do cabo, e a área espinal do canal. No entanto, a RM tem algumas limitações e apenas fornece informações qualitativas, em vez de resultados quantitativos6. Os pacientes com compressão crônica da medula espinal têm frequentemente mudanças anormais do sinal da intensidade de MRI. No entanto, as discrepâncias entre os sintomas clínicos e as alterações na intensidade da RM tornam difícil diagnosticar uma condição funcional baseada unicamente nas características da RM7. Estudos prévios destacam essa controvérsia em termos do valor prognóstico da hiperintensidade de RM T2 na coluna vertebral cord8. Dois grupos relataram que a hiperintensidade do T2 da medula espinhal é um parâmetro prognóstico desfavorável após a cirurgia para medula espinhal crônica compression8,9. Em contrapartida, alguns autores não encontraram associação significante entre as alterações do sinal T2eoprognóstico8,9. Chen et al. e Vedantam et al. dividiram hiperintensidades de RM T2 em duas categorias,correspondendo a diferentes desfechos prognósticos10,11. O tipo-1 mostrou beiras fracas, distorcido, indistintas, e esta categoria demonstrou mudanças histologic reversíveis. As imagens do tipo 2 apresentaram bordas intensas e bem definidas, que correspondiam a danos patológicos irreversíveis. As técnicas convencionais de RM T1/T2 não fornecem informações adequadas para identificar essas duas categorias e avaliar o prognóstico do paciente. Por outro lado, a DTI, uma técnica de imagem mais sofisticada, pode ajudar a obter informações prognósticas mais específicas por meio da detecção quantitativa de alterações microestruturais nos tecidos através da difusão de moléculas de água.
Nos últimos anos, DTI tem ganhou a atenção crescente devido a sua habilidade de descrever a microarquitetura da medula espinal. DTI pode medir o sentido e a magnitude da difusão da molécula de água nos tecidos. Os parâmetros DTI podem avaliar quantitativamente o dano neural em pacientes com compressão crônica da medula espinhal. A FA e o ADC são os parâmetros mais comumente aplicados durante a avaliação da medula espinhal. O valor da FA revela o grau de anisotropia para orientar as fibras axonais circundantes e descrever as fronteiras anatômicas12,13. O valor do ADC fornece informações sobre as características do movimento molecular em muitas direções em um espaço tridimensional e revela a média de diffusividades ao longo dos três eixos principais6,12. As alterações nesses parâmetros estão associadas a alterações microestruturais que influenciam a difusão da molécula de água. Conseqüentemente, os cirurgiões podem utilizar/medir parâmetros de DTI para identificar a patologia da medula espinal. O presente estudo fornece métodos e processos de DTI que fornecem informações prognósticas mais detalhadas para o tratamento de pacientes com compressão medular crônica.
O estudo foi aprovado pelo Comitê de ética médica local em Guangzhou First People ' s Hospital na China. Os formulários de consentimento livre e esclarecido foram recebidos de voluntários saudáveis e participantes antes da participação. Todos os estudos foram conduzidos de acordo com a declaração da associação médica mundial de Helsínquia.
1. preparação do assunto
2. parâmetros estruturais de MRI
Nota: Imagens anatômicas T1-weighted (T1 W), imagens de T2-weighted (T2 W), e DTI adquiridas em um varredor de 3 Tesla MRI com uma bobina principal de 16 canaletas.
3. postprocessing da imagem e índices da medida dos dados
Este é um sumário dos resultados obtidos dos voluntários saudáveis e dos pacientes com myelopathy spondylotic cervical. O protocolo permitiu que o médico visualizou mapas DTI. Esta tecnologia poderia servir como uma medida objetiva para medir o status funcional em condições myelopathic. Os mapas DTI de voluntários saudáveis são mostrados na Figura 3. Os parâmetros de DTI de voluntários saudáveis foram os seguintes: FA = 0,661; ADC = 1, 6 x 10-3 mm2/s; E1 = 1,893 x 10-3 mm2/s; E2 = 0,746 x 10-3 mm2/s; E3 = 0,377 x 10-3 mm2/s (Figura 3). Os mapas DTI de pacientes com compressão medular crônica são exibidos na Figura 4 e têm os seguintes parâmetros: FA = 0,605; ADC = 1,522 x 10-3 mm2/s; E1 = 2,731 x 10-3 mm2/s; E2 = 1, 58 x 10-3 mm2/s; E3 = 0,776 x 10-3 mm2/s (Figura 4). A imagem latente postoperative foi executada igualmente. A Figura 5 mostra os mapas DTI de pacientes com compressão medular crônica submetidos à cirurgia. Os parâmetros DTI são os seguintes: FA = 0,616; ADC = 1,210 x 10-3 mm2/s; E1 = 2,190 x 10-3 mm2/s; E2 = 0,858 x 10-3 mm2/s; E3 = 0,582 x 10-3 mm2/s (Figura 5).
Figura 1 : Curso do tempo do protocolo clínico de MRI. Primeiramente, a seqüência de FSPGR foi selecionada para a exploração da localização, e então a recuperação rápida do eco rápido da rotação foi executada para adquirir as imagens sagital do T2 w e do T1 W e imagens axiais de T2 W. Finalmente, o DTI foi realizado utilizando-SE o Single-Shot SE-EPI com 20 direções ortogonais. Estale por favor aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2 : Fluxograma das etapas envolvidas no processamento de DTI. Fluxograma mostrando quatro etapas de pós-processamento DTI com uma estação de trabalho. Primeiramente, adquira MRI convencional e DTI na estação de trabalho. Então, encontre o local da compressão a mais elevada baseada em imagens convencionais de MRI. Finalmente, realize o cálculo do tensor. Estale por favor aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3 : MRI sagital e axial e DTI em um voluntário saudável. (A) RM sagital T1 w. (B) RM sagital T2 w. (C) RM axial T2 w. (D) fa. (E) ADC. (F) E1. (G) E2. (H) E3. Estale por favor aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4 : MRI sagital e axial e DTI em um paciente com compressão crônica da medula espinal. (A) RM sagital T1 w. (B) RM sagital T2 w. (C) RM axial T2 w. (D) fa. (E) ADC. (F) E1. (G) E2. (H) E3. Estale por favor aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5 : MRI sagital e axial e DTI em um paciente com compressão crônica da medula espinal após a cirurgia. (A) RM sagital T1 w. (B) RM sagital T2 w. (C) RM axial T2 w. (D) fa. (E) ADC. (F) E1. (G) E2. (H) E3. Estale por favor aqui para ver uma versão maior desta figura.
MRI convencional é usado geralmente para avaliar o prognóstico dos pacientes com várias circunstâncias da espinha. Entretanto, esta modalidade da imagem latente fornece o detalhe anatômico macroscópico um pouco do que a avaliação da microestrutura14, que limita a predição da função neurológica. Além disso, MRI tradicional pode subestimar a severidade e a extensão de dano da medula espinal. O surgimento de DTI pode ajudar os cirurgiões a avaliar a função da medula espinhal com mais precisão, fornecendo informações quantitativas sobre a difusão da molécula de água.
No presente estudo, um referencial metodológico foi descrito para demonstrar a aplicação de parâmetros de DTI em pacientes com compressão medular crônica. A DTI é uma técnica sensível para medir a magnitude da direção e difusão das moléculas de água nos tecidos15. Os cirurgiões podem avaliar quantitativamente os danos neurais em várias patologias da medula espinhal avaliando os parâmetros de DTI. Neste protocolo, nós extraimos manualmente Rois em fatias axiais porque o software dedicado existente para a segmentação automática do CSF e do mielina não é adequado para a medula espinal. A área transversal da medula espinal pequena é uma limitação principal para aplicar eficazmente a segmentação automática. Selecionamos ROIs no local de compressão mais grave. ROIs deve incluir a medula espinal interna para eliminar os efeitos parciais do volume do CSF. Além disso, o processamento de DTI deve reduzir os efeitos de fatores artifactuais como artefatos de distorção geométrica relacionados ao EPI e artefatos de correntes parasitas. As opções disponíveis do pacote de software podem ajudar os operadores a obter informações úteis, dependendo da orientação do gradiente de difusão-ponderação e da correção de correntes parasitas separadas. A varredura convencional de MRI no presente estudo aplicou uma seqüência rápida do girar-eco para fornecer mais informação da imagem. A corrente mais longa do eco e o intervalo menor do eco foram projetados especificamente minimizar artefatos criados pela Instrumentação espinal. Selecionamos um curto tempo de eco, banda de frequência de leitura ampla e pequenos voxels para reduzir artefatos. FA e ADC são comumente usados parâmetros DTI nas medições da medula espinhal. A FA representa o grau de anisotropia em uma faixa de 0 a 1. Valores de FA mais próximos de 1 indicam anisotropia de tecido elevado13. O ADC está relacionado ao valor médio das diffusividades nos três eixos principais, e sua mudança é consistente com o processo de lesão tecidual histopatológica6. O presente trabalho confirmou que a compressão da medula espinhal crônica pode resultar em diminuição da FA e aumento dos valores de ADC, conforme relatado anteriormente12. A compressão da medula espinhal crônica pode causar dano isquêmico recorrente à medula espinhal e produzir alterações histopatológicas nas fibras nervosas a jusante, como angioedema, gliose, perda de função do neurótico e, eventualmente, necrose16. No presente trabalho, essas alterações acima mencionadas foram claramente visualizadas no DTI.
O DTI pode servir como uma ferramenta para avaliar a melhoria funcional e fornecer informações prognósticas valiosas. Estudos prévios demonstraram que a alta FA pré-operatória pode estar relacionada à melhor recuperação funcional neural após a cirurgia17. Kerkovsky et al. relataram que pacientes com mielopatia espondiloótica cervical sintomática apresentaram maiores valores de ADC e menores valores de FA comparados àqueles que não apresentavam sintomas relevantes, mas apresentavam evidência radiológica de compressão do cordão umbilical18. Em um estudo precedente de um modelo crônico do rato da compressão da medula espinal, os parâmetros de DTI foram associados com as condições patológicas da medula espinal. É importante ressaltar que a DTI pode avaliar quantitativamente o estado funcional da medula espinhal16. Uma análise de 66 pacientes com compressão da medula espinhal crônica também mostrou que os parâmetros de DTI estavam relacionados à taxa de recuperação da Associação ortopédica japonesa de pacientes com compressão da medula espinhal crônica, e ADC, difusividade média, diffusividade radial e os valores de diffusividade axial podem refletir comprometimento neurológico e ser úteis para avaliar o prognóstico pós-operatório19. Comparado com o MRI convencional, o DTI é uma ferramenta quantitativa útil para medir o potencial recuperação da medula espinal.
Houve algumas limitações para este estudo. Em primeiro lugar, a resolução espacial adequada ainda é difícil de alcançar. Artefatos de movimento, decorrentes do movimento respiratório e cardíaco e da pulsação do LCR, podem produzir efeitos ruins na DTI, especialmente no cordão cervical inferior e no cordão torácico20. A corrente mais longa do eco e o intervalo menor do eco foram projetados especificamente minimizar artefatos criados pela Instrumentação espinal. Neste protocolo, selecionamos um curto tempo de eco, banda de frequência de leitura ampla e pequenos voxels para reduzir artefatos. Além, era difícil distinguir entre a matéria branca e cinzenta em DTI com um sistema de 3 Tesla Sr.21, que signifique que a matéria cinzenta e branca pôde ser incluída no Rois. Isso poderia influenciar significativamente as medições de parâmetros DTI. A quantificação baseada em ROI pode levar a uma identificação tendenciosa do trato causado pela experiência do usuário e pelo conhecimento anatômico. Esta aproximação manual da delineação pode ser tediosa e demorada, especial se há diversas fatias, intervalos, e assuntos da medula espinal. ROIs deve ser selecionado na medula espinal interna para excluir efeitos parciais do volume por causa do CSF. Métodos úteis para segmentar regiões de matéria cinzenta e branca e discernir ROIs disponíveis e eficazes são necessários em estudos futuros.
Em síntese, este referencial metodológico demonstra a aplicação de parâmetros de DTI na compressão da medula espinhal crônica. DTI fornece uma medida do sentido molecular da água e da magnitude da difusão nos tecidos. Os cirurgiões podem usar esta técnica sensível para avaliar quantitativamente dano neural em várias patologias da medula espinal.
Os autores não têm nada a divulgar.
Este estudo foi apoiado pelo projeto da ciência e da tecnologia de Guangzhou de China (no. 201607010021) e da Fundação da ciência da natureza de JiangXi (no. 20142BAB205065)
Name | Company | Catalog Number | Comments |
3-Tesla MRI scanner | Siemens | 40708 | Software: NUMARIS/4 |
Syngo MR B17 | Siemens | 40708 | Software: NUMARIS/4 |
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